隨機信號上機作業(yè)1

1、隨機信號分析上機作業(yè)姓名：王霞學號：111040709學院：電光學院指導老師：顧紅一：仿真?zhèn)蜗辔痪幋a連續(xù)波雷達的信號處理。設碼頻為 5MHz，偽碼周期內(nèi)碼長為 511，雷達載頻為10GHz，輸入噪聲為高斯白噪聲，視頻輸入信噪比為-15dB，相干積累總時寬不大于 10ms，給出回波視頻表達式，脈壓和 FFT后的表達式；仿真給出脈壓和 FFT 后的輸出圖形；通過仿真說明各級處理的增益，與各級時寬和帶寬的關(guān)系；仿真說明脈壓時多卜勒敏感現(xiàn)象和多卜勒容限及其性能損失（脈壓主旁比與多卜勒的曲線）回波視頻表達式： 脈壓后的表達式：FFT后的表達式：仿真：a) 脈壓后的輸出圖形（有噪聲）脈壓增益為：G1=51

2、1與時寬帶寬的關(guān)系：脈壓增益=時寬帶寬積b) FFT后的輸出圖形（有噪聲）FFT的增益為：G2=N/2=97/2=48.5脈壓多普勒敏感現(xiàn)象c）無多普勒時，脈壓輸出圖形d）小多普勒時，脈壓輸出圖形e）脈壓長度為多普勒整周期時，脈壓輸出圖形由圖可以看出：無多普勒時，脈壓比為511，小多普勒的時候，脈壓比小于511，脈壓長度為多普勒整周期時，脈壓輸出基本為0。多普勒容限f）脈壓長度剛好為多普勒信號一個周期一半時，脈壓輸出圖形,脈壓長度剛好為多普勒信號一個周期一半時，脈壓輸出損失2.94db。性能損失改變多普勒頻率，記錄主旁瓣比，如表一所示：表一Fd/KHz012345678910主旁瓣比/db80

3、523934294242017105g）主旁瓣比與多普勒頻率關(guān)系附MATLAB程序：clc;clear;fm=5e6;%碼頻fs=30e6;fc=10e9;%載頻t=10e-3;%相干積累總時寬T=1/fm*511;%周期N=97; %積累時間不大于10ms，Nt/T=97.8474,所以N取小于97的整數(shù)snr=-15;%信噪比%-511位m序列產(chǎn)生-%fbconnection=0 0 0 1 0 0 0 0 1;n = length(fbconnection);m = 2n-1;register = 1 0 1 0 1 0 1 0 1;%定義移位寄存器的初始狀態(tài)mseqmatrix(1)=

4、 register(n);for i = 2:m newregister(1)= mod(sum(fbconnection.*register),2); for j = 2:n newregister(j)= register(j-1); end register = newregister; mseqmatrix(i) = register(n);endm_511=2*mseqmatrix-1; %-0延時，0多普率的回波-%hb=repmat(m_511,1,N);hb=awgn(hb,snr,measured);hb1=hb;%-脈壓%pipei=fliplr(m_511);hbb1=c

5、onv(pipei,hb1);figure;plot(hbb1);%-距離門重排-%for r=1:N for h=1:m s_hb1(h,r)=hbb1(r-1)*m+h); endendfigure;mesh(1:N,1:511,s_hb1);% %-for h=1:mr_fft(h,:)=abs(fft(s_hb1(h,:);endfigure;mesh(1:N,1:511,r_fft);%-% for a=1:10% fd=a*1e3;fd=5e6/511/4;i=1:511*N;duopule=cos(2*pi*fd/fm*i);hb2=hb.*duopule;%-脈壓%pipei=

6、fliplr(m_511);hbb2=conv(pipei,hb2);m_hb1=abs(hbb2);m_hb=abs(hbb2)/max(m_hb1);m_hb=10*log(m_hb);figure;plot(m_hb);%-距離門重排-%for r=1:N for h=1:m s_hb2(h,r)=hbb2(r-1)*m+h); endendfigure;mesh(1:N,1:511,s_hb2); %-for h=1:mr_fft2(h,:)=abs(fft(s_hb2(h,:);endfigure;mesh(1:N,1:511,r_fft2);%-% end二：仿真線性調(diào)頻連續(xù)波雷達

7、的信號處理。設線性調(diào)頻帶寬為5MHz，時寬為102.2us，雷達載頻為10GHz，輸入輸出為高斯白噪聲，視頻輸入信噪比為-15dB，相干積累總時寬不大于10ms，給出回波視頻表達式，脈壓和FFT后的表達式；仿真給出脈壓和FFT后的輸出圖形；通過仿真說明各級處理的增益，與各級時寬和帶寬的關(guān)系；仿真說明脈壓時多卜勒敏感現(xiàn)象。線性調(diào)頻信號：LFM信號的數(shù)學表達式：式中為載波頻率，為矩形信號， 線性調(diào)頻信號回波表達式設輸入信號為：sf=A*exp(j*2*pi*f0*t+j*pi*K*t.*t)；則回波信號為：SR=A*exp(j*2*pi*f0*(t-t_yc)+j*pi*K*(t-t_yc).*(

8、t-t_yc)；其中t_yc = 2*(R+t*V)/C,R為發(fā)射機到目標的距離，C為光速。圖1：發(fā)射信號的時域波形圖2：上圖為回波信號的時域波形下圖為回波信號FFT后的頻域波形由于相干積累的時寬不大于10ms，所以取20個時寬為T的線性調(diào)頻脈沖做相干積累。圖3：脈壓后的時域波形LFM信號的壓縮前脈沖寬度T和壓縮后的脈沖寬度之比通常稱為壓縮比D， 上式表明，壓縮比也就是LFM信號的時寬頻寬積。 脈壓時多卜勒敏感現(xiàn)象：回波信號通過一個匹配濾波器就能對所有多普勒信號同時進行壓縮，所以線性調(diào)頻信號是多卜勒不敏感信號。附：MATLAB程序clc;clear all;close all;%參數(shù)設定%C=

9、3e8; bw=5e6;% 線性調(diào)頻帶寬T=1.022e-4;%信號脈沖寬度f0=10e9; %載波頻率A=1;%信號幅度N=512;%采樣點數(shù)K=bw/T;%調(diào)頻斜率Ts=T/N;%采樣間隔Fs=1/Ts;%采樣頻率SNR=-15;TT=2.044e-3;%相干積累總時間Numpulse=TT/T;%脈沖數(shù)R0=0;para=1000 150 0 -15;%距離，速度，方位，信噪比Num=1;%目標個數(shù)%回波信號%t_yc0=2*R0/C;Rec=zeros(Num,Numpulse*N);t=0:Ts:(N*Numpulse-1)*Ts;sf=A*exp(j*2*pi*f0*(mod(t,

10、T)-t_yc0)+j*pi*K*(mod(t,T)-t_yc0).*(mod(t,T)-t_yc0);%產(chǎn)生線性調(diào)頻信號t_yc=2*(1000+t*150)/C;Rec=A*exp(j*2*pi*f0*(mod(t,T)-t_yc)+j*pi*K*(mod(t,T)-t_yc).*(mod(t,T)-t_yc);SR=Rec*10(SNR/20);figure(1)subplot(2,1,1);plot(t,sf);axis(0 2e-4 -1 1);xlabel(時間t/s);ylabel(幅度);figure(2)subplot(2,1,1);plot(t,SR);axis(0 2.0

11、44e-4 -0.2 0.2);xlabel(時間t/s);ylabel(幅度);S=(abs(fft(SR);subplot(2,1,2); f=(1:length(S)/length(S)*Fs; plot(f,S/max(S); axis(0 5e6 0 1); xlabel(頻率f/Hz); ylabel(歸一化幅度);%回波信號脈壓% Srw=fft(SR); Sw=fft(sf); Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw); figure(3)subplot(2,1,1);plot(t*C/2,Sot);axis(0 3e4 0 140);xlabel(距離)

12、;ylabel(幅度);subplot(2,1,2);plot(t*C/2,Sot);xlabel(距離);ylabel(幅度);三：假設有一個二坐標雷達對一平面上運動目標的進行觀察，目標在t=0400s沿y軸做恒速直線運動，運動速度為-15m/s，目標的起點為（2000m，10000m）雷達掃描周期為2s，x和y獨立的進行觀察，觀察噪聲的標準差均為100m。試建立雷達對目標的跟蹤算法，并進行仿真分析，給出仿真結(jié)果，畫出目標真實軌跡，對目標的觀察和濾波曲線。仿真結(jié)果：三種曲線比較顯示：附matlab程序：clc;clear;T=2;%雷達掃描周期t=0:T:400;%目標運動時間%目標起點x0

13、=2000;y0=10000;%目標速度vx=0;vy=-15;x=x0+vx.*t;y=y0+vy.*t;figure;plot(x,y);axis(1000,3000,3000,11000);xlabel(x(單位：m);ylabel(y(單位：m);title(目標真實軌跡);x_noise=x+normrnd(0,100,1,length(t);y_noise=y+normrnd(0,100,1,length(t);figure;plot(x_noise,y_noise);axis(1000,3000,3000,11000);xlabel(x(單位：m);ylabel(y(單位：m);

14、title(對目標的觀察曲線);A=1 T ;0 1 ;%狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣C=1;K=0.2*(1.8-2*sqrt(0.8)/T;X=zeros(2,length(t);Y=zeros(2,length(t);Sx=zeros(2,length(t);Sy=zeros(2,length(t);%Xfor k=1:length(t) X(:,k)=x_noise(k);vx;endSx(:,1)=X(:,1);for k=2:length(t) Sx(:,k)=A*Sx(:,k-1)+K*(X(:,k)-C*A*(A*Sx(:,k-1);end%Yfor k=1:length(t) Y(:,k)=y_noise(k);vy;endSy(:,1)=Y(:,1);for k=2:length(t) Sy(:,k)=A*Sy(:,k-1)+K*(Y(:,k)-C*A*(A*Sy(:,k-1);endx_k=zeros(1,length(t);y_k=zeros(1,length(t);for k=1:length(t) x_